CN111336962A

CN111336962A - 火花机在线测量工件的方法及系统

Info

Publication number: CN111336962A
Application number: CN202010117666.0A
Authority: CN
Inventors: 尹炎林; 马滔
Original assignee: Shenzhen Xingyoufang Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Xingyoufang Technology Co ltd
Priority date: 2020-02-25
Filing date: 2020-02-25
Publication date: 2020-06-26
Anticipated expiration: 2040-02-25
Also published as: CN111336962B

Abstract

本发明公开了火花机在线测量工件的方法及系统，通过采集零件模型图档的基础数据，然后根据基础数据计算得出衍生数据，将基础数据和衍生数据输入到测量程序中生成实际碰触坐标值，然后采集实际碰触坐标值，通过计算实际碰触坐标值和基础数据的偏差来确定各种不同类型的机床火花机零件实际加工与零件模型图档的偏差，从而使得火花机机床通过偏差来调整加工，无需拆卸使用专业测量设备就能够测量，大大的节省时间成本和人力成本，使用方便，而且利用该方法测量精准，可以实现加工的零件与零件模型图档一致，符合现代自动化的要求。

Description

火花机在线测量工件的方法及系统

技术领域

本发明涉及电火花测量技术领域，尤其涉及一种火花机在线测量工件的方法、系统及装置。

背景技术

火花机(简称EDM，全称Electrical Discharge Machining)是一种机械加工设备，主要用于电火花加工。广泛应用在各种金属模具、机械设备的制造中。它是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导电材料的特种加工方法。现有的火花机，在放电加工阶段，由于没办法确定零件各个加工点位置而且现有的零件与标准的尺寸存在偏差，因此无法精确加工到位，需要使用测量设备进行测量加工，但是，现有的精密测量设备使用成本太高，使用时需要停止火花机的加工工序，程序繁琐，增加了时间成本和人力成本，而且测量时因重复定位装夹会影响精度，导致测量数据失真，导致加工的工件不符合要求，无法满足现代自动化的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种无需拆卸使用专业3次元测量设备精确测量，节省时间成本和人力成本，使用方便，测量精准的火花机在线测量工件的方法及系统。

为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：

火花机在线测量工件的方法，包括如下步骤：

(1)采集零件模型图档，分中生成坐标系，以分中生成坐标系为基准采取测量点；

(2)模拟干涉碰触确保探针采点安全性，获取零件每个测量点的理论数据坐标值X、Y和Z，点所在面法向向量I、J和K；

(3)根据点所在面的法向向量I、J和K，以及分中坐标系为基准的坐标点X、Y和Z和采点所用探测球半径R这些数据来计算安全空间点SafePoint(SX，SY，SZ)、探测球碰触点MeasurePoint(MX，MY，MZ)和回退空间点BackPoint；

(4)根据机床程式的格式生成测量程序，将理论数据坐标值X、Y和Z，点所在面法向向量I、J和K和计算安全空间点SafePoint(SX，SY，SZ)、探测求碰触点MeasurePoint(MX，MY，MZ)和回退空间点BackPoint输入到测量程序中；

(5)机床将记录每个碰触点的实际碰触坐标值，获取实际碰触坐标值X1，Y1，Z1，导入理论数据坐标值X、Y和Z，定义实际碰触点与理论点之间的空间距离的为两点之间的距离偏差数值；

(6)记录每个碰触点的实际所在面法向向量I0，Y0，K0，导入理论数据坐标值点所在面法向向量I、J和K，定义实际所在面法向向量I0，Y0，K0与导入理论数据坐标值点所在面法向向量I、J和K之间的夹角为夹角偏差数值；

(7)根据夹角偏差数值和距离偏差数值生成2D报告或3D报告；

(8)火花机根据2D报告或3D报告来调整偏差加工零件。

进一步的，所述的安全空间点SafePoint(SX，SY，SZ)用于定位探测头的活动范围，防止探测头碰撞，所述的安全空间点SafePoint(SX，SY，SZ)的计算方法是SX＝X+I*SafeValue，SY＝Y+J*SafeValue，SZ＝Z+K*SafeValue。

进一步的，所述的SafeValue指代安全高度值，所述的安全高度值的获取方法是通过确定零件模型图档的零点位置以及零件最高点位置，通过最高点位置减去零点位置即为安全高度值。

进一步的，所述的探测球碰触点MeasurePoint(MX，MY，MZ)用于定位探测头的接触位置，确保探测头碰到零件测量面，所述的MeasurePoint(MX，MY，MZ)的计算方法是：MX＝X-I*R，MY＝Y-J*R，MZ＝Z-K*R。

进一步的，所述的回退空间点BackPoint(BX，BY，BZ)用于定位探测头回退位置，确保探测头软测量后回退的位置是安全位置，所述的回退空间点BackPoint(BX，BY，BZ)的计算方法是：BX＝X+I*2R，BY＝Y+J*2R，BZ＝Z+K*2R。

进一步的，所述的步骤(1)中的零件模型图档包括二维零件模型图档和三维零件模型图档。

火花机在线测量工件的系统，包括理论数据采集模块、数据处理模块、机床测量模块和实际触碰数据采集模块；

所述的理论数据采集模块用于获取零件模型图档的理论数据坐标值X、Y和Z，和点所在面法向向量I、J和K和探测球半径R和安全高度值SafeValue，将理论数据坐标值X、Y和Z，和点所在面法向向量I、J和K和探测球半径R和安全高度值SafeValue作为基础数据输入机床测量模块和数据处理模块；

所述的数据处理模块根据基础数据来计算安全空间点SafePoint(SX，SY，SZ)、探测球碰触点MeasurePoint(MX，MY，MZ)和回退空间点BackPoint，将安全空间点SafePoint(SX，SY，SZ)、探测球碰触点MeasurePoint(MX，MY，MZ)和回退空间点BackPoint作为衍生数据输入到机床测量模块中；

所述的机床测量模块根据自身机床程式生成测量程序，并将基础数据和衍生数据代入测量程序计算得出实际碰触坐标值；

所述的实际触碰数据采集模块用于获取实际碰触坐标值X1，Y1，Z1和实际所在面法向向量I0，Y0，K0，并将实际碰触坐标值X1，Y1，Z1和实际所在面法向向量I0，Y0，K0作为实际数据传输到数据处理模块中；

所述的数据处理模块再根据基础数据和实际数据的偏差，确定夹角偏差数值和距离偏差数值，形成2D报告或3D报告。

所述的理论数据采集模块连接数据处理模块，所述的数据处理模块连接机床测量模块和实际触碰数据采集模块，所述的机床测量模块连接实际触碰数据采集模块。

所述的衍生数据的计算方法是：安全空间点SafePoint(SX，SY，SZ)：SX＝X+I*SafeValue，SY＝Y+J*SafeValue，SZ＝Z+K*SafeValue，探测球碰触点：MeasurePoint(MX，MY，MZ)MX＝X-I*R，MY＝Y-J*R，MZ＝Z-K*R，回退空间点BackPoint(BX，BY，BZ)：BX＝X+I*2R，BY＝Y+J*2R，BZ＝Z+K*2R。

本发明的有益效果是：

本发明通过采集零件模型图档的基础数据，然后根据基础数据计算得出衍生数据，将基础数据和衍生数据输入到测量程序中生成实际碰触坐标值，然后采集实际碰触坐标值，通过计算实际碰触坐标值和基础数据的偏差来确定各种不同类型的机床火花机零件实际加工与零件模型图档的偏差，从而使得火花机机床通过偏差来调整加工，无需拆卸定位就能够测量，大大的节省时间成本和人力成本，使用方便，而且利用该方法测量精准，可以实现加工的零件与零件模型图档一致，符合现代自动化的要求。

附图说明

图1是本发明对应方法生成的2D报告示意图；

图2是本发明对应方法生成的3D报告示意图；

图3是本发明对应系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。在此需要说明的是，下面所描述的本发明各个实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

现有的火花机机床的品牌主要有牧野、三菱、GF、沙迪克、夏米尔等，但是这些火花机机床在放电加工阶段，由于没办法确定零件各个加工点位置而且现有的零件与标准的尺寸存在偏差，因此无法精确加工到位，而现有的测量一般通过一台三次元测量设备，但是该设备使用成本太高，使用时需要停止火花机的加工工序，程序繁琐，增加了时间成本和人力成本，而且测量时因重复定位装夹会影响精度，导致测量数据失真，导致加工的工件不符合要求。

本发明正是基于上面这一问题而形成的一种火花机在线测量工件的方法，包括如下步骤：

(1)采集零件模型图档，分中生成坐标系，以分中生成坐标系为基准采取测量点；优选的，所述的零件模型图档包括二维零件模型图档和三维零件模型图档。其中该零件模型图档可以通过现有的CAD、UG、MASTERCAM和SOLIDWORKS等制图和模型软件的图纸来作为模型图档。

(2)模拟干涉碰触确保探针采点安全性，获取零件每个测量点的理论数据坐标值X、Y和Z，点所在面法向向量I、J和K；这个步骤就是将零件加工位置作为测量点，例如一个零件需要加工圆弧形位置，那测量点就位于圆弧形位置，将圆弧形的几个关键位置作为测量点位置，例如圆心位置，圆弧起始和终止位置等。

(3)根据点所在面的法向向量I、J和K，以及分中坐标系为基准的坐标点X、Y和Z和采点所用探测球半径R这些数据来计算安全空间点SafePoint(SX，SY，SZ)、探测球碰触点MeasurePoint(MX，MY，MZ)和回退空间点BackPoint；优选的，所述的安全空间点SafePoint(SX，SY，SZ)用于定位探测头的活动范围，防止探测头碰撞，即探测头的移动是局限在安全空间点SafePoint(SX，SY，SZ)内的，有效的防止探测头移动时碰撞到零件的其他部分，例如零件的机架等，损坏零件或者损坏探测头。所述的安全空间点SafePoint(SX，SY，SZ)的计算方法是SX＝X+I*SafeValue，SY＝Y+J*SafeValue，SZ＝Z+K*SafeValue。其中，所述的SafeValue指代安全高度值，所述的安全高度值的获取方法是通过确定零件模型图档的零点位置以及零件最高点位置，通过最高点位置减去零点位置即为安全高度值。这个安全高度值也可以通过零件模型图档获取。优选的，所述的探测球碰触点MeasurePoint(MX，MY，MZ)用于定位探测头的接触位置，确保探测头碰到零件测量面，如果碰探测头触不到零件测量面，机床会报警终断运行，所述的MeasurePoint(MX，MY，MZ)的计算方法是：MX＝X-I*R，MY＝Y-J*R，MZ＝Z-K*R。优选的，所述的回退空间点BackPoint(BX，BY，BZ)用于定位探测头回退位置，确保探测头软测量后回退的位置是安全位置，所述的回退空间点BackPoint(BX，BY，BZ)的计算方法是：BX＝X+I*2R，BY＝Y+J*2R，BZ＝Z+K*2R。

(7)根据夹角偏差数值和距离偏差数值生成2D报告或3D报告；

(8)火花机根据2D报告或3D报告来调整偏差加工零件。即火花机在加工零件时，并非按照图纸来直接加工，而是在图纸的基础上，根据2D报告或3D报告调整，例如调整夹角和距离，使得最终加工出来的零件符合零件的实际需求。其中，2D报告或3D报告的图纸如图1和图2所示，该报告是针对一个零件所做的报告，其中，偏差包括距离偏差和角度偏差，距离偏差通过X，Y，Z的坐标来实现，各个测量点的偏差对应右边的表格，当数值为正时，表示往对应的方向加对应的距离，图中的DIS表示实际差值，TOL表示公差，公差是固定的，都是设定为0.01，而实际差值相对公差来说，能够更精确的表明各个测量点的位置偏差和角度偏差，机床实际加工时，就是通过这个实际差值来调整加工，能够保证零件的加工满足实际要求。

如图3所示，本发明还公开了火花机在线测量工件的系统，包括理论数据采集模块、数据处理模块、机床测量模块和实际触碰数据采集模块；

本申请对应的系统中理论数据采集模块和数据处理模块和实际触碰数据采集模块通过软件实现，而机床测量模块通过机床以及机床本身自带的数控程序实现，而该系统适应的机床包括牧野、三菱、GF、沙迪克、夏米尔等品牌的机床。

优选的，所述的衍生数据的计算方法是：安全空间点SafePoint(SX，SY，SZ)：SX＝X+I*SafeValue，SY＝Y+J*SafeValue，SZ＝Z+K*SafeValue，探测球碰触点：MeasurePoint(MX，MY，MZ)MX＝X-I*R，MY＝Y-J*R，MZ＝Z-K*R，回退空间点BackPoint(BX，BY，BZ)：BX＝X+I*2R，BY＝Y+J*2R，BZ＝Z+K*2R。

本发明的具体使用方法是：

某精密模具公司专业制造精密模具，零件加工精密度较高，按照该公司客户要求零件加工公差必须保持在0.005mm以内，但是，现有的拥有放电设备若干机床品牌多种(牧野，沙迪克，夏米尔)公司只有一台三次元测量设备，其实际公差一般只能保持到0.01左右，这时，利用现有的火花机机床就没办法实现该公司的加工测量的需求。而使用本申请对应的方法后就可以完成。

首先，将精密模具公司的UG图纸或者CAM图纸收集，分中生成坐标系，以分中生成坐标系为基准采取测量点，然后，通过UG图纸或者CAM图纸获取零件每个测量点的基础数据，通过基础数据计算出衍生数据，然后根据机床程式的格式生成测量程序，例如牧野，沙迪克，夏米尔其对应的机床都有对应不同的程式，对应不用的测量程序，如果精密模具公司使用的是牧野的火花机，就利用牧野的测量程序，将基础数据和衍生数据输入对应程序中，就能够测算出对应该机床加工和测量该零件的实际碰触坐标值，再采集实际碰触坐标值，对比实际碰触坐标值与基础数据中的理论数据坐标值偏差，形成距离偏差数值，对比实际所在面法向向量I与导入理论数据坐标值点之间的夹角为夹角偏差数值，然后再将各个采集点的数值汇总，形成了2D报告或3D报告，火花机再根据2D报告或3D报告来调整偏差加工零件。而精密模具公司可以在线完成这个步骤，只需要由精密模具公司的操作人员使用本申请对应的系统或UG外挂采取测量点,生成文件,然后导出三维模型文件存储在局域网络服务器备用，精密模具公司的操作人员通过服务器导入到火花机机床中，根据相应机床的测量程序,传入机床，本申请对应的系统接收到机床的实际数据后，会自动生成报告反馈给精密模具公司，整个过程可以通过线上完成，方便快捷。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故但凡依本发明的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围之内。

Claims

1.火花机在线测量工件的方法，其特征在于：包括如下步骤：

(7)根据夹角偏差数值和距离偏差数值生成2D报告或3D报告；

(8)火花机根据2D报告或3D报告来调整偏差加工零件。

2.根据权利要求1所述的火花机在线测量工件的方法，其特征在于：所述的安全空间点SafePoint(SX，SY，SZ)用于定位探测头的活动范围，防止探测头碰撞，所述的安全空间点SafePoint(SX，SY，SZ)的计算方法是SX＝X+I*SafeValue，SY＝Y+J*SafeValue，SZ＝Z+K*SafeValue。

3.根据权利要求2所述的火花机在线测量工件的方法，其特征在于：所述的SafeValue指代安全高度值，所述的安全高度值的获取方法是通过确定零件模型图档的零点位置以及零件最高点位置，通过最高点位置减去零点位置即为安全高度值。

4.根据权利要求1所述的火花机在线测量工件的方法，其特征在于：所述的探测球碰触点MeasurePoint(MX，MY，MZ)用于定位探测头的接触位置，确保探测头碰到零件测量面，所述的MeasurePoint(MX，MY，MZ)的计算方法是：MX＝X-I*R，MY＝Y-J*R，MZ＝Z-K*R。

5.根据权利要求1所述的火花机在线测量工件的方法，其特征在于：所述的回退空间点BackPoint(BX，BY，BZ)用于定位探测头回退位置，确保探测头软测量后回退的位置是安全位置，所述的回退空间点BackPoint(BX，BY，BZ)的计算方法是：BX＝X+I*2R，BY＝Y+J*2R，BZ＝Z+K*2R。

6.根据权利要求1所述的火花机在线测量工件的方法，其特征在于：所述的步骤(1)中的零件模型图档包括二维零件模型图档和三维零件模型图档。

7.火花机在线测量工件的系统，其特征在于，包括理论数据采集模块、数据处理模块、机床测量模块和实际触碰数据采集模块；

8.根据权利要求7所述的火花机在线测量工件的系统，其特征在于：所述的衍生数据的计算方法是：安全空间点SafePoint(SX，SY，SZ)：SX＝X+I*SafeValue，SY＝Y+J*SafeValue，SZ＝Z+K*SafeValue，探测球碰触点：MeasurePoint(MX，MY，MZ)MX＝X-I*R，MY＝Y-J*R，MZ＝Z-K*R，回退空间点BackPoint(BX，BY，BZ)：BX＝X+I*2R，BY＝Y+J*2R，BZ＝Z+K*2R。